RK3568笔记三十八：DS18B20驱动开发测试

若该文为原创文章，转载请注明原文出处。

DS18B20驱动参考的是讯为电子的单总线驱动第十四期 | 单总线_北京迅为的博客-CSDN博客

博客很详细，具体不描述。

只是记录测试下DS18B20读取温度。

一、介绍

流程基本和按键驱动差不多，主要功能是获取DS18B20温度，使用ioctl修改配置寄存器从而改变分辨率的大小，总共支持9位、10位、11位、12位四种分辨率。

主要流程：

1、修改设备树

2、编写驱动程序

3、编写应用程序

4、测试

二、DS18B20原理

DS18B20传感器参数

测温范围为-55℃到+125℃，在-10℃到+85℃范围内误差为±0.4°。

返回16位二进制温度数值

主机和从机通信使用单总线，即使用单线进行数据的发送和接收

在使用中不需要任何外围元件，独立芯片即可完成工作。

掉电保护功能 DS18B20 内部含有 EEPROM ，通过配置寄存器可以设定数字转换精度和报警温度，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。

每个DS18B20都有独立唯一的64位-ID，此特性决定了它可以将任意多的DS18b20挂载到一根总线上，通过ROM搜索读取相应DS18B20的温度值

宽电压供电，电压2.5V~5.5V

DS18B20返回的16位二进制数代表此刻探测的温度值，其高五位代表正负。如果高五位全部为1，则代表返回的温度值为负值。如果高五位全部为0，则代表返回的温度值为正值。后面的11位数据代表温度的绝对值，将其转换为十进制数值之后，再乘以0.0625即可获得此时的温度值。

把DS18B20的Data引脚接到P3_C4引脚上，接线如下：

三、编写设备树

修改的两个文件，一是rk3568-atk-evb1-ddr4-v10.dtsi，二是rk3568-pinctrl.dtsi.

文件路径：/home/alientek/rk3568_linux_sdk/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/

rk3568-atk-evb1-ddr4-v10.dtsi

ds18b20_gpio:gpio3_b0 {
		compatible = "ds18b20";
		pinctrl-0 = <&ds18b20_gpio_ctrl>;
		pinctrl-names = "default";
		ds18b20-gpios = <&gpio3 RK_PC4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
		status = "okay";
	};

rk3568-pinctrl.dtsi

ds18b20_gpio {
		/omit-if-no-ref/
		ds18b20_gpio_ctrl: ds18b20-gpio-ctrl {
			rockchip,pins =
				<3 RK_PC4 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>;
		};
	};

修改完成两个文件后，需要重新编译kernel并烧写boot.img .

烧写完成以后启动开发板。Linux 启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有gpio3_b0节点

如果是其他引脚自行修改，测试发现，有一些引脚无法使用。

四、驱动程序

驱动程序直接拷贝讯为电子的。

1、ds18b20.c

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/gpio/consumer.h> // 添加此头文件
#include <linux/delay.h>
#include <linux/uaccess.h>
 
#define SET_RESOLUTION _IOW('A', 0, int)
#define READ_RESOLUTION _IOR('A', 1, int)
 
#define SET_RESOLUTION_9 9
#define SET_RESOLUTION_10 10
#define SET_RESOLUTION_11 11
#define SET_RESOLUTION_12 12
 
struct ds18b20_data
{
    dev_t dev_num;
    struct cdev ds18b20_cdev;
    struct class *ds18b20_class;
    struct device *ds18b20_device;
    struct gpio_desc *ds18b20_gpio;
};
 
struct ds18b20_data *ds18b20;
 
void ds18b20_reset(void)
{
    // 设置 GPIO 方向为输出，输出低电平
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);
    udelay(700); // 延迟 700 微秒
 
    // 设置 GPIO 输出高电平，并将 GPIO 方向设置为输入
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
    gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);
 
    // 等待直到 GPIO 输入为低电平
    while (gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio))
        ;
 
    // 等待直到 GPIO 输入为高电平
    while (!gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio))
        ;
    udelay(480); // 延迟 480 微秒
}
 
/**
 * 向 DS18B20 写入单个位(bit)
 * @param bit 要写入的位(bit)，0 或 1
 */
void ds18b20_writebit(unsigned char bit) {
    // 将 GPIO 方向设置为输出
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
 
    // 将 GPIO 输出设置为指定的位(bit)
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);
 
    // 若 bit 为 1，则延时 10 微秒
    if (bit){
        udelay(10);  
        // 将 GPIO 方向设置为输出
    	gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
    }
       
 
    // 延时 65 微秒
    udelay(65);
 
    // 将 GPIO 方向设置为输出
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
 
    // 延时 2 微秒
    udelay(2);
}
 
/**
 * 向 DS18B20 写入一个字节(byte)数据
 * @param data 要写入的字节数据
 */
void ds18b20_writebyte(int data) {
    int i;
 
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        // 逐位写入数据
        ds18b20_writebit(data & 0x01);
        data = data >> 1;
    }
}
 
/**
 * 从 DS18B20 读取单个位(bit)
 * @return 读取到的位(bit)，0 或 1
 */
unsigned char ds18b20_readbit(void) {
    unsigned char bit;        
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);// 将 GPIO 方向设置为输出        
    gpiod_set_value(ds18b20->ds18b20_gpio, 0);// 将 GPIO 输出设置为低电平        
    udelay(2);// 延时 2 微秒        
    gpiod_direction_input(ds18b20->ds18b20_gpio);// 将 GPIO 方向设置为输入   
    udelay(10);// 延时 10 微秒       
    bit = gpiod_get_value(ds18b20->ds18b20_gpio);// 读取 GPIO 的值作为位(bit)       
    udelay(60);// 延时 60 微秒
    
    return bit;
}
 
/**
 * 从 DS18B20 读取一个字节(byte)数据
 * @return 读取到的字节数据
 */
int ds18b20_readbyte(void) {
    int data = 0;
    int i;
    
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        // 读取单个位(bit)并根据位的位置进行左移操作
        data |= ds18b20_readbit() << i;
    }
    
    return data;
}
 
/**
 * 从 DS18B20 读取温度值
 * @return 读取到的温度值
 */
int ds18b20_readtemp(void) {
    int temp_l, temp_h, temp;   
    
    ds18b20_reset();// 复位 DS18B20    
    ds18b20_writebyte(0xCC);// 发送写入字节命令 0xCC（跳过 ROM）   
    ds18b20_writebyte(0x44);// 发送写入字节命令 0x44（启动温度转换）    
    mdelay(750);// 延时 750 微秒，等待温度转换完成
    
    ds18b20_reset();// 复位 DS18B20        
    ds18b20_writebyte(0xCC);// 发送写入字节命令 0xCC（跳过 ROM）       
    ds18b20_writebyte(0xBE);// 发送写入字节命令 0xBE（读取温度值）        
    temp_l = ds18b20_readbyte();// 读取温度低位字节        
    temp_h = ds18b20_readbyte();// 读取温度高位字节        
    temp_h = temp_h << 8;// 将温度高位字节左移 8 位
    temp = temp_h | temp_l;// 组合温度值
    
    return temp;
} 
 
/**
 * 设置 DS18B20 温度传感器的分辨率
 * @param args 分辨率参数
 */
void set_resolution(int args) {
    ds18b20_reset();  // 复位 DS18B20 温度传感器
    ds18b20_writebyte(0xCC);  // 发送跳过 ROM 命令
    ds18b20_writebyte(0x4E);  // 发送写配置寄存器命令
    ds18b20_writebyte(60);  // 发送配置字节 1，设置温度上限阈值
    ds18b20_writebyte(10);  // 发送配置字节 2，设置温度下限阈值
 
    switch (args) {
        case SET_RESOLUTION_9:  // 设置分辨率为 9 位
            ds18b20_writebyte(0x1F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 9 位
            break;
        case SET_RESOLUTION_10:  // 设置分辨率为 10 位
            ds18b20_writebyte(0x3F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 10 位
            break;
        case SET_RESOLUTION_11:  // 设置分辨率为 11 位
            ds18b20_writebyte(0x5F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 11 位
            break;
        case SET_RESOLUTION_12:  // 设置分辨率为 12 位
            ds18b20_writebyte(0x7F);  // 发送配置字节 3，设置分辨率为 12 位
            break;
        default:
            break;
    }
}
 
/**
 * 检查参数的有效性
 * @param args 参数
 * @return 返回执行结果，成功返回 0，失败返回 -1
 */
int check_args(int args) {
    int ret = -1;  // 返回值，默认为失败
 
    ds18b20_reset();  // 复位传感器
    ds18b20_writebyte(0xCC);  // 发送指令字节 0xCC
    ds18b20_writebyte(0xBE);  // 发送指令字节 0xBE
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
    ds18b20_readbyte();  // 读取一个字节
 
    switch (args) {
        case SET_RESOLUTION_9:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x1F) {  // 读取一个字节并与 0x1F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        case SET_RESOLUTION_10:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x3F) {  // 读取一个字节并与 0x3F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        case SET_RESOLUTION_11:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x5F) {  // 读取一个字节并与 0x5F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        case SET_RESOLUTION_12:
            if (ds18b20_readbyte() == 0x7F) {  // 读取一个字节并与 0x7F 进行比较
                ret = 0;  // 设置返回值为成功
            }
            break;
        default:
            break;
    }
 
    return ret;  // 返回结果
}
 
 
/**
 * 读取分辨率。
 *
 * @return 分辨率值
 */
int read_resolution(void) {
    int ret;
 
    // 复位传感器
    ds18b20_reset();
 
    // 发送指令字节0xCC，跳过ROM操作，直接与单个设备通信
    ds18b20_writebyte(0xCC);
 
    // 发送指令字节0xBE，读取当前设备的配置寄存器
    ds18b20_writebyte(0xBE);
 
    // 读取4个字节的数据，但实际上只有最后一个字节是分辨率信息
    ds18b20_readbyte();
    ds18b20_readbyte();
    ds18b20_readbyte();
    ds18b20_readbyte();
 
    // 读取最后一个字节，即分辨率信息
    ret = ds18b20_readbyte();
 
    // 返回分辨率值
    return ret;
}
 
 
int ds18b20_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}
 
ssize_t ds18b20_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offs) {
    int ds18b20_temp;    
    ds18b20_temp = ds18b20_readtemp();// 从 DS18B20 读取温度值    
    // 将温度值复制到用户空间缓冲区
    if (copy_to_user(buf, &ds18b20_temp, sizeof(ds18b20_temp))) {
        return -1; // 复制失败，返回错误代码
    }
    
    return 0; // 成功读取并复制温度值
}
 
int ds18b20_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    return 0;
}
 
/**
 * DS18B20 温度传感器的 ioctl 函数
 * @param file 文件指针
 * @param cmd 命令
 * @param args 参数
 * @return 返回执行结果，成功返回 0，失败返回 -1
 */
long ds18b20_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long args) {
    int resolution;
    if (cmd == SET_RESOLUTION) {  // 判断命令是否为设置分辨率
        if (args >= SET_RESOLUTION_9 && args <= SET_RESOLUTION_12) {  // 判断参数是否在有效的分辨率范围内
            set_resolution(args);  // 调用设置分辨率的函数
            return 0;  // 返回成功
        }
    }
    else if (cmd == READ_RESOLUTION) {
        // 读取分辨率
        resolution = read_resolution();
        // 将分辨率的值复制给用户空间的args
        if (copy_to_user((int *)args, &resolution, sizeof(resolution))) {
            // 复制失败，返回-1表示失败
            return -1;
        }
    }
    // 如果不匹配 SET_RESOLUTION 或者 args 不在有效范围内，不执行任何操作
    return -1;  // 返回失败
}
 
struct file_operations ds18b20_fops = {
    .open = ds18b20_open,
    .read = ds18b20_read,
    .release = ds18b20_release,
    .unlocked_ioctl = ds18b20_ioctl,
    .owner = THIS_MODULE,
};
 
int ds18b20_probe(struct platform_device *dev)
{
    int ret;
    printk("This is probe \n");
 
    // 分配内存给ds18b20_data结构体
    ds18b20 = kzalloc(sizeof(*ds18b20), GFP_KERNEL);
    if (ds18b20 == NULL)
    {
        printk("kzalloc error\n");
        ret = -ENOMEM;
        goto error_0;
    }
 
    // 分配字符设备号
    ret = alloc_chrdev_region(&ds18b20->dev_num, 0, 1, "myds18b20");
    if (ret < 0)
    {
        printk("alloc_chrdev_region error\n");
        ret = -EAGAIN;
        goto error_1;
    }
 
    // 初始化字符设备
    cdev_init(&ds18b20->ds18b20_cdev, &ds18b20_fops);
    ds18b20->ds18b20_cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_add(&ds18b20->ds18b20_cdev, ds18b20->dev_num, 1);
 
    // 创建设备类
    ds18b20->ds18b20_class = class_create(THIS_MODULE, "sensors");
    if (IS_ERR(ds18b20->ds18b20_class))
    {
        printk("class_create error\n");
        ret = PTR_ERR(ds18b20->ds18b20_class);
        goto error_2;
    }
 
    // 创建设备
    ds18b20->ds18b20_device = device_create(ds18b20->ds18b20_class, NULL, ds18b20->dev_num, NULL, "ds18b20");
    if (IS_ERR(ds18b20->ds18b20_device))
    {
        printk("device_create error\n");
        ret = PTR_ERR(ds18b20->ds18b20_device);
        goto error_3;
    }
 
    // 获取GPIO描述符
    ds18b20->ds18b20_gpio = gpiod_get_optional(&dev->dev, "ds18b20", 0);
    if (ds18b20->ds18b20_gpio == NULL)
    {
        ret = -EBUSY;
        goto error_4;
    }
 
    // 设置GPIO方向为输出
    gpiod_direction_output(ds18b20->ds18b20_gpio, 1);
 
    return 0;
 
    error_4:
    device_destroy(ds18b20->ds18b20_class, ds18b20->dev_num);
 
    error_3:
    class_destroy(ds18b20->ds18b20_class);
 
    error_2:
    cdev_del(&ds18b20->ds18b20_cdev);
    unregister_chrdev_region(ds18b20->dev_num, 1);
 
    error_1:
    kfree(ds18b20);
 
    error_0:
    return ret;
}
 
const struct of_device_id ds18b20_match_table[] = {
    {.compatible = "ds18b20"},
    {},
};
 
struct platform_driver ds18b20_driver = {
    .driver = {
        .owner = THIS_MODULE,
        .name = "ds18b20",
        .of_match_table = ds18b20_match_table,
    },
    .probe = ds18b20_probe,
};
 
static int __init ds18b20_init(void)
{
    int ret;
 
    // 注册平台驱动
    ret = platform_driver_register(&ds18b20_driver);
    if (ret < 0)
    {
        printk("platform_driver_register error\n");
        return -1;
    }
 
    return 0;
}
 
static void __exit ds18b20_exit(void)
{
    // 释放资源
    gpiod_put(ds18b20->ds18b20_gpio);
    device_destroy(ds18b20->ds18b20_class, ds18b20->dev_num);
    class_destroy(ds18b20->ds18b20_class);
    cdev_del(&ds18b20->ds18b20_cdev);
    unregister_chrdev_region(ds18b20->dev_num, 1);
    kfree(ds18b20);
    platform_driver_unregister(&ds18b20_driver);
}
 
module_init(ds18b20_init);
module_exit(ds18b20_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

2、makefile

KERNELDIR := /home/alientek/rk3568_linux_sdk/kernel
ARCH=arm64
CROSS_COMPILE=/opt/atk-dlrk356x-toolchain/usr/bin/aarch64-buildroot-linux-gnu-

export  ARCH  CROSS_COMPILE

CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := ds18b20.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

编译生成ds18b20.ko文件

五、应用程序

ds18b20App.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdlib.h>
 
#define SET_RESOLUTION _IOW('A', '0', int)
#define READ_RESOLUTION _IOR('A', '1', int)
 
/**
 * 根据传感器读取的原始数据计算温度值
 * @param value 传感器读取的原始数据
 */
void ds18b20_get_temp(int value) {
    char sig;   // 温度正负号
    float temp; // 温度值
 
    // 判断温度正负号
    if ((value >> 11) & 0x01) {
        sig = '-';
        value = ~value + 1;
        value &= ~(0xf8 << 8);
    } else {
        sig = '+';
    }
 
    // 计算温度值
    temp = value * 0.0625;
 
    // 打印温度信息
    printf("温度为 %c%.4f\n", sig, temp);
}
 
 
/**
 * 根据传感器分辨率值打印分辨率信息
 * @param value 传感器分辨率值
 */
void ds18b20_get_resolution(int value) {
    switch (value) {
        case 0x1F:
            printf("分辨率为 9 位\n");
            break;
        case 0x3F:
            printf("分辨率为 10 位\n");
            break;
        case 0x5F:
            printf("分辨率为 11 位\n");
            break;
        case 0x7F:
            printf("分辨率为 12 位\n");
            break;
        default:
            break;
    }
}
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    int fd;    // 文件描述符
    int data;  // 读取的数据
    int args;  // 参数值
    int resolution;  // 返回的分辨率的值
 
    // 打开设备文件
    fd = open("/dev/ds18b20", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打开设备文件出错\n");
        return -1;
    }
 
    // 获取命令行参数
    args = atoi(argv[1]);
    printf("参数值为 %d\n", args);
 
    // 检查参数范围
    if (args < 9 || args > 12) {
        printf("错误！参数范围应为 9 - 12\n");
        return -1;
    }
 
    // 设置分辨率
    ioctl(fd, SET_RESOLUTION, args);
 
    // 读取分辨率
    ioctl(fd, READ_RESOLUTION, &resolution);
    ds18b20_get_resolution(resolution);
    while (1) {
        // 读取数据
        read(fd, &data, sizeof(data));
 
        // 处理并打印温度信息
        ds18b20_get_temp(data);
    }
 
    return 0;
}

编译：

/opt/atk-dlrk356x-toolchain/bin/aarch64-buildroot-linux-gnu-gcc ds18b20App.c -o ds18b20App

六、测试

先接好DS18B20模块，保证线序是对的。

加载驱动

 insmod ds18b20.ko

测试

./ds18b20App 9

测试正常，这是单个GPIO测试，如果模拟I2C或SPI，驱动是怎么写？

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